KR100452179B1 - 정밀도가높은실린더형필터 - Google Patents

정밀도가높은실린더형필터 Download PDF

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시게노리 후쿠다
사토시 오가타
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칫소가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 통상적인 필터에 비해 정밀도가 높고 압력 손실이 적으며 여과 수명이 긴 필터를 제공한다.
당해 필터는 부직 섬유 집합체로 이루어진 필터 내부에, 예비 여과층과 정밀 여과층의 둘 이상의 부직 섬유 집합체 층이 제공되고, 예비 여과층을 구성하는 섬유의 직경이 여과 방향으로 점점 작아지도록 구성되어 있고, 정밀 여과층을 구성하는 섬유의 10중량% 이상은 직경이 예비 여과층의 최소 섬유 직경보다 작은 섬유로 구성되어 있다.

Description

정밀도가 높은 실린더형 필터
본 발명은 정밀도가 높은 필터에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 통상적인 필터에 비해 정밀도가 높고, 초기 압력 손실이 작고, 여과 수명이 긴 필터에 관한 것이다.
최근에는 화학 공업분야의 제품의 용액 등에 함유된, 입자의 직경이 약 0.2 ㎛ 내지 수 백 ㎛ 정도인 이물질을 제거하기 위해 섬유를 소재로 하는 필터에 대한 수요가 급격히 증가하였다.
일반적으로, 섬유를 소재로 하는 필터는 가격이 저렴하고, 필터를 구성하는 섬유의 직경을 변화시켜 여과의 정밀도를 자유로이 변경시킬 수 있고, 섬유 사이의 공극 부분에서 다수의 입자를 포집할 수 있기 때문에 여과 수명이 긴 것과 같은 여러 가지 특성을 보유한다. 그러나, 필터의 사용 목적에 따라, 통상적인 필터 보다 정밀도가 높고 여과 수명이 긴 필터가 강력하게 요구되고 있다.
이러한 필터의 성능은 주로 여과 정밀도, 투액성 및 여과 수명에 의해 평가할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "여과 정밀도"라는 용어는 99.9% 이상을 포집할 수 있는 최소 입자 직경을 나타내고, "투액성"이라는 용어는 특정량의 액체가 흐르는 경우 필터의 압력 손실을 나타내며, "여과 수명"이라는 용어는 특정 농도의 분산액을 연속하여 여과할 때 형성되는 필터의 압력 손실이 필터의 교환 압력에 도달할 때까지 경과된 시간을 나타낸다.
일반적으로, 필터의 여과 정밀도가 높을수록, 다수의 경우 필터는 투액성이 낮아지고 여과 수명이 짧아진다. 그러나, 여과 정밀도가 높은 필터라도, 필터 재료 또는 매질의 구성을 균일하지 않게 하고, 여과 방향, 즉 필터를 통해 통과시킬 액체의 상부 스트림 측으로부터 하부 스트림 측으로 섬유 직경과 공극율 등을 변화시킴으로써, 투액성과 여과 수명을 개선시킬 수 있다. 지금까지 몇몇 방법이 이러한 투액성과 여과 수명을 개선시키기 위해 제안되었다.
우선, 일본 공개특허공보 제(평)7-82649호에는 용융취입법에 의한 섬유의 방사단계에 있어서, 수지의 압출량과 취입 기체 스트림의 유속을 경시적으로 변경시켜, 방사시킬 섬유의 평균 섬유 직경을 연속적으로 변화시키고, 이것을 적합한 권취 코어 둘레에 권취하는 것이 기재되어 있다. 이러한 방법은 필터를 구성하는 섬유의 평균 섬유 직경을 비교적 자유로이 변화시킬 수 있는 장점이 있는 반면, 수지의 압출량과 취입 기체 스트림의 유속 모두 변화시킬 수 있는 범위가 제한되고 필터의 두께 방향(여과 방향)으로 섬유의 직경을 크게 변화시키기 어려운 단점이 있다. 또한, 방사조건을 연속적으로 변화시키므로 미세화하기 어려운 단점이 있다.
또한, 일본 공개특허공보 제(평)1-297113호에는 섬유의 직경이 상이한 수 종류의 부직포를 예비 제조하고, 이 부직포를 홀을 갖는 코어 둘레에 권취하여 필터를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 따라, 섬유의 직경을 크게 변화시킬 수 있지만 심층 여과를 효과적으로 수행하기 위해서는 필터 두께의 방향으로 섬유의 직경 변화가 보다 더 완만해야 하기 때문에, 배합할 부직포 종류의 수가 증가하여, 제조단계의 수가 증가하고 더욱 많은 시간을 필요로 하는 단점이 있다.
또한, 일본 특허공보 제(소)56-49605호에는 열융착성 스테이플 섬유의 소면 웹을 가열하면서 적합한 선형 압력을 가하여 권취 코어에 권취하고, 이 공정 중에 용융 취입된 부직포를 권취하여 성형하는 방법이 기재되어 있다. 이러한 방법은 저렴한 스테이플 섬유의 사용이라는 이점을 취하면서 정밀도가 용융취입법으로 제조되는 필터와 같은 필터를 제조할 수 있다는 특징이 있다 그러나, 포집하고자 하는 입자의 직경이 스테이플 섬유의 섬유 직경보다 훨씬 더 작은 경우, 단지 삽입된 용융취입 부직포에만 작은 입자가 포집되어 여과 수명이 단축되는 단점이 있다.
도 1은 본 발명의 필터의 한 예로서 실린더형 필터를 부분적으로 절단한 투시도이고,
도 2는 본 발명의 필터의 한 예로서 평판형 필터를 부분적으로 절단한 투시도이고,
도 3은 도 1과 2에서 나타낸 바와 같은 필터에서 상부 스트림으로부터 하부 스트림까지의 단면 A-B 사이의 섬유의 직경 변화의 한 예를 나타내는 다이어그램이다.
부호의 설명
도 1과 2에서, (1)은 다공성 지지관이고, (2)는 지지층이고, (3)은 정밀 여과층이고, (4)는 예비 여과층이고, (5a)와 (5b)는 말단 캡(cap)이고, (6a)와 (6b)는 평평한 가스킷이고, (7)은 필름이고, 선 A-B는 필터의 최상부 스트림 측과 최하부 스트림 측을 연결하는 선의 예이다.
또한, 도 3은 도 1과 2에서 나타낸 바와 같은 필터에서 상부 스트림으로부터 하부 스트림까지의 단면 A-B 사이의 섬유의 직경 변화의 한 예를 나타내는 다이어그램이다.
도 3에서, 기호 (x)는 예비 여과층이고, (y)는 정밀 여과층이고, (z)는 지지층이고, (A)는 필터의 최상부 스트림 측이고, (B)는 최하부 스트림 측이다.
발명을 실시하기 위한 최상의 양태
우선, 본 발명에 사용되는 부직 섬유 집합체를 구성하는 섬유 성분으로서, 폴리아미드, 폴리에스테르, 저융점 공중합 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리우레탄 탄성중합체, 폴리에스테르 탄성중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 공중합체(예: 주성분으로서 프로필렌과 에틸렌, 부텐-1, 4-메틸 펜텐-1 등과의 공중합체 또는 3원 공중합체)와 같은 열가소성 수지를 들 수 있다. 특히, 가격, 내수성 및 내약품성의 측면에서, 폴리프로필렌과 폴리에스테르가 바람직하게 사용될 수 있다. 추가로, 정밀 여과층에 유리섬유를 사용할 수 있다.
이제, 본 발명의 필터의 일부인 예비 여과층에 대해 설명한다.
예비 여과층은 본 발명의 필터를 구성하는 필터 매질 층 중에서 유체의 여과 방향의 최상부 스트림 측에 배치되어, 유체 중의 비교적 큰 입자를 포착하기 위해 분포된다. 예비 여과층을 제조하기 위해 사용되는 물질은 모든 섬유 또는 일부 섬유의 직경이 여과 방향으로 점점 작아지도록 구성된 부직 섬유 집합체이고, 예비 여과층의 형태는, 예를 들면 바람직하게는 웹, 부직포 또는 여과지이다. 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체를 수득하기 위한 방사 방법으로서 용융방사법이 바람직하다. 용융방사법에 토출량과 신장비 등을 변경시킴으로써, 비교적 용이하게 방사되는 섬유의 직경을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 섬유의 직경을 연속적으로 변화시킬 수 있는 이러한 용융방사의 예로서 통상적인 용융방사법, 방사접착법, 용융취입법 등을 들 수 있다.
통상적인 용융방사법으로 섬유의 직경을 연속적으로 변화시킨 웹을 수득하기 위해, 용융방사시에 토출량을 연속적으로 변화시키고, 이것을 신장시키고, 절단한 다음, 소면기에 공급하면, 섬유의 직경이 기계 방향 또는 세로 방향으로 변화된 스테이플 섬유 웹을 수득할 수 있다. 또 다른 방법으로서, 방사접착법을 이용하여, 견인력을 연속적으로 변화시킴으로써, 섬유 직경이 연속적으로 변화된 방사접착 웹을 수득할 수 있다.
예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체를 제조하기 위해 특히 효과적인 방사법은 용융취입법이다. 이 방법으로는 일본 특허공보 제(평)7-98131호에 기술되어 있는 바와 같이 공지된 방법을 사용할 수 있다. 용융취입법은 기계 방향 또는 세로 방향으로 방사 오리피스로부터 압출되는 용융 열가소성 수지를, 고온 및 고속으로 방사 오리피스 주위로부터 취입되는 기체 스트림에 의해 포집 컨베이어 네트 또는 회전하는 실린더형 맨드릴 상에서 취입하여 극세 섬유 웹을 수득하는 방법이다. 이때 수지의 압출량과 취입 기체 스트림의 배출 속도 등의 방사조건을 연속적으로 변화시킴으로써 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체에 적합하고 섬유의 평균 직경이 세로 방향으로 변화된 극세 섬유 웹을 수득할 수 있다. 특히, 취입 기체 스트림의 배출 속도를 연속적으로 변화시키는 방법은 웹의 기본 중량의 변화 없이 섬유의 직경을 변화시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
예비 여과층을 형성하는 부직 섬유 집합체는 융점 차이가 10℃ 이상인 수지로 구성된 고융점 성분과 저융점 수지 성분이 혼재되어 구성된다. 부직 섬유 집합체에서 고융점 성분과 저융점 성분을 혼재시키기 위한 방법으로서, 부직 섬유 집합체를 구성하는 섬유를 고융점 수지와 저융점 수지의 복합 섬유로 제조하거나, 또는 방사 단계에서 고융점 수지로 구성된 섬유와 저융점 수지로 구성된 섬유를 혼섬하거나, 고융점 수지로 구성된 섬유 및 저융점 수지로 구성된 섬유를 방사 후 혼선할 수 있다. 예비 여과층 중에서 저융점 성분과의 혼합비가, 고융점 성분과 저융점 성분의 총 량을 기준으로 하여 10 내지 90중량%, 바람직하게는 20 내지 70중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 50중량%이면, 필터로 성형되는 경우 탁월한 강도와 형상 보유성을 수득할 수 있어 바람직하다. 저융점 성분의 함량이 10중량% 미만인 경우, 섬유 웹을 열처리하더라도 섬유의 접합점의 수가 작기 때문에 많은 보풀이 형성되고 강도가 저하되어, 저융점 성분의 본래 의미의 용도를 상실하게 된다. 또한, 저융점 성분의 함량이 90중량%를 초과하는 경우, 열처리에 의해 섬유의 형태를 상실한 저융점 성분이 섬유 사이의 공극을 부분적으로 채우거나 공극의 직경이 커져서, 필터의 여과 능력이 저하되므로 바람직하지 않다. 저융점 성분과 고융점 성분과의 조합 예로서, 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체/폴리프로필렌, 저융점 공중합 폴리에스테르/폴리에스테르 및 폴리에틸렌/폴리에스테르를 들 수 있다. 이들 중에서 프로필렌 공중합체/폴리프로필렌, 저융점 공중합 폴리에스테르/폴리에스테르의 조합물이 열처리에 의한 섬유들 사이의 결합력이 강하여 강도가 높은 필터를 수득할 수 있기 때문에 바람직하다.
이제, 본 발명의 필터의 일부인 정밀 여과층에 대해 설명한다.
본 발명의 필터를 구성하는 필터 매질 중에서, 정밀 여과층은 예비 여과층의 하부 스트림 측에 접합되어, 예비 여과층으로 포착할 수 없는 미세한 입자를 포집하기 위해 제공된다. 정밀 여과층은 부직포, 여과지 등의 형태인 부직 섬유 집합체를 적층시킨 것이다.
본 발명자들이 예의 연구한 결과, 본 발명의 필터의 여과 성능을 개선하는 데에 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체의 섬유 직경과 공극율이 크게 영향을 미치는 사실을 알게 되었다.
우선, 정밀 여과층은 한 종류의 부직 섬유 집합체의 층일 수 있거나, 두 종류 이상의 부직 섬유 집합체를 서로 적층시킨 것일 수 있다. 단, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체의 섬유 중에서 10중량% 이상이 섬도가 예비 여과층의 최소 직경보다 작아야 한다. 비율이 10중량% 미만인 경우, 예비 여과층을 통해 포집할 수 없는 입자의 대부분을 정밀 여과층으로도 포집할 수 없게 될 위험이 있다.
다음에, 정밀 여과층에 포함된 부직 섬유 집합체의 공극율은 45 내지 97%, 바람직하게는 55 내지 85%, 더욱 바람직하게는 55 내지 65%이다. 공극율이 45% 미만인 경우, 이를 필터로서 사용하면 압력 손실이 커지고, 케이크를 유지하기 위한 충분한 공간이 없기 때문에 여과 수명이 단축된다. 또한, 공극율이 97%를 초과하는 경우, 이를 필터로서 사용하면 때때로 충분한 내압성과 형상 보유성을 상실한다.
또한, 정밀 여과층에 포함된, 직경이 예비 여과층의 최소 직경보다 작은 부직 섬유 집합체 섬유의 직경은 의도하는 여과 정밀도에 따라 결정할 수 있다. 구체적으로는, 우선 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체를 구성하는 섬유의 직경은 의도하는 여과 정밀도(단위: ㎛)의 0.5 내지 5배, 바람직하게는 0.8 내지 3배가 적합하다. 섬유의 직경이 목적하는 여과 정밀도의 0.5배 미만인 경우, 공극율을 상당히 증가시킬 필요가 있고, 따라서 내압성이 저하된다. 또한, 섬유의 직경이 목적하는 여과 정밀도의 5배를 초과하는 경우, 공극율을 상당히 감소시킬 필요가 있고, 따라서 여과 수명이 단축된다. 또한, 이형 단면사를 소재로서 사용하는 경우, 원형 단면사에 비해 포집 효과가 높기 때문에 섬유의 직경을 크게 해도 상관 없다.
이제, 예비 여과층의 최소 섬유 직경은, 직경이 예비 여과층의 최소 직경보다 작은 정밀 여과층의 섬유 직경의 약 1.1 내지 약 20배가 적합하다. 이것이 1.1배 미만인 경우, 정밀 여과층을 제공하는 의미가 상실되지만, 20배를 초과하는 경우, 예비 여과층에 충분히 입자를 포집할 수 없기 때문에 다수의 입자가 정밀 여과층을 차지하여 여과 수명이 단축된다.
직경이 예비 여과층의 최소 직경보다 작은 정밀 여과층의 섬유를 제조하는 방법으로서, 스플릿 섬유를 사용하는 방법, 유리 섬유를 사용하는 방법, 용융취입법 및 방사접착법을 들 수 있다. 이들 중에서도 특히 여과 정밀도가 5㎛ 미만인 경우, 용융 취입 또는 유리 섬유를 사용할 수 있다.
정밀 여과층의 부직 섬유 집합체의 10중량% 이상의 섬유의 직경을 예비 여과층의 최소 직경보다 작게 하는 이유는, 예비 여과층만으로 여과 방향으로 섬유의 직경이 충분히 작은 직경 이하로 점차 작아지는 섬유 집합체를 형성하기가 힘들기 때문이다. 즉, 본 발명에서 예비 여과층을 제조하는 경우, 구성 섬유의 직경을 연속적으로 변화시키는 특별한 방사법을 채용하기 때문에, 예비 여과층의 최소 섬유 직경을 특정한 수준 이상으로 감소시키기 힘들다. 예를 들면 용융취입법을 사용하여 수지의 압출량과 취입 기체 스트림의 배출속도 등의 방사조건을 연속적으로 변화시킴으로써 예비 여과층의 섬유 집합체의 섬유 직경을 변화시키는 경우, 예비 여과층의 최대 직경의 섬유에 상응하게 비교적 저온에서 방사하는 것이 필요하지만, 취입 기체 스트림이 낮은 방사온도에서 과도하게 증가하거나 수지의 압출량이 과도하게 감소되는 경우, 플라이(포집 컨베이어 네트상에 포집되지 않고 비산하는 섬유)가 형성되고 목적하는 최소 직경의 섬유를 포함하는 부직 섬유 집합체를 수득할 수 없다. 또한, 이러한 문제점은 기타의 용융방사법을 사용하는 경우에도 발생한다. 따라서, 예비 여과층의 섬유의 최소 섬유 직경을 2㎛ 미만으로 감소시키기가 어렵다. 본 발명에서는 예비 여과층에 섬유의 직경이 예비 여과층의 최소 직경 보다 작은 섬유를 10중량% 이상 포함하는 부직 섬유 집합체로 구성된 정밀 여과층을 적층시킴으로써 목적하는 정밀 여과를 수행한다. 또한, 예비 여과층을 용융취입법 등으로 제조하는 경우, 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체도 용융 취입 부직포와 유리 섬유 부직포와 같은 상당히 미세한 섬도의 부직 섬유 집합체를 사용해야 한다.
또한, 통상적으로 용융취입 부직포, 유리섬유 부직포의 섬유 직경은 일정하지 않고, 특정한 범위의 정도로 분포하지만, 이러한 부직포의 경우 주로 평균 섬유 직경과 공극율에 의해 여과 정밀도가 결정된다. 따라서, 용융취입 부직포 또는 유리섬유 부직포의 섬유 직경을 이후에 기술할 경우, 특별히 제한하지 않는 한 평균 섬유 직경을 의미하는 것으로 한다. 용융취입 부직포를 채용하는 경우, 방사조건을 선택함으로써 평균 섬유 직경을 0.5 내지 40㎛의 값으로 조절할 수 있다. 또한, 유리 섬유 부직포가 사용되는 경우, 평균 섬유 직경은 0.1 내지 30㎛의 값으로 조절할 수 있다. 이러한 부직포의 공극율은 이러한 부직포를 캘린더 롤 등을 사용하여 압축함으로써 적합한 값으로 조절할 수 있다.
수지를 방사할 때 용융취입 부직포의 공극율은 일반적으로 약 80 내지 약 95%이기 때문에, 이들을 적합한 방법으로 가공하여, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 보다 작은 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체의 공극율을 목적하는 값으로 수득할 수 있다. 이 경우, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체와 직경이 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체를 별도의 단계로 제조할 수 있다.
가공방법은 특별히 한정되지 않지만, 한 예로서 캘린더 롤에 의한 압착 가공을 언급할 수 있다. 캘린더 롤의 표면 형태는 평평한 롤이 바람직하다. 적합한 모양의 엠보싱 롤을 사용할 수 있는 반면, 엠보싱 패턴으로 압축된 부분은 액체가 통과되지 않기 때문에 부직포를 보강하는 등 특별한 목적이 있는 경우를 제외하고는 평평한 롤을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 캘린더 롤의 온도는 부직 섬유 집합체의 재료에 따라 다르지만, 일반적으로 부직 섬유 집합체의 융점(복합재료의 경우 저융점 성분의 융점)보다 10 내지 60℃ 낮은 온도가 적합하다. 온도 차이가 10℃ 미만인 경우, 수지가 용융되어 롤의 표면에 접착될 가능성이 있다. 또한, 온도 차이가 60℃를 초과하는 경우, 압밀 상태가 고정될 수 없기 때문에 때때로 그 의미가 상실된다.
또한, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체의 공극율을 압밀가공에 의해 조절함으로써, 예비 여과층과 정밀 여과층 사이에 겉보기 밀도에 있어서 임의의 편차를 부여할 수 있다. 본원에 사용되는 "겉보기 밀도"라는 용어는 섬유 재료의 부분 중량을 공극을 포함하는 부분 용적으로 나눈 값을 의미한다. 겉보기 밀도에 편차를 부여함으로써 비교적 큰 입자를 포집하기 위한 예비 여과층의 기능은 효과적으로 증진된다. 정밀 여과층의 공극율이 예비 여과층의 공극율보다 더 클 수도 있는 반면, 위에서 기술한 예비 여과층의 기능은 정밀 여과층의 공극율이 예비 여과층의 공극율보다 더 작은 경우 더욱 향상되며, 더욱 바람직하게는 예비 여과층의 공극율이 55 내지 90%이고, 예비 여과층의 공극율(%)로부터 정밀 여과층의 공극율(%)을 뺀 값이 5 내지 45%인 경우이다. 공극율의 차이가 5% 미만인 경우, 효과가 거의 없고, 또한 공극율의 차이가 클수록 예비 여과층의 효과가 커지는 반면, 이 값이 45%보다 크면 예비 여과층의 공극율을 90% 이상으로 증가시킬 필요가 있기 때문에 예비 여과층의 강도가 충분하지 못하게 된다.
다음에, 필요한 경우 본 발명의 필터에 사용되는 지지층에 대해 설명한다.
본 발명의 필터를 구성하는 필터 매질 중에서, 지지층은 정밀 여과층의 하부 스트림 측에 분포하여 정밀 여과층의 형태를 유지하고 정밀 여과층으로부터 필터 매질이 떨어지지 않게 한다. 그러나, 정밀 여과층의 형상 보유성이 충분하거나, 정밀 여과층의 형태를 유지하기 위해 적합한 지지체를 사용하고 필터 매질이 정밀 여과층으로부터 떨어질 가능성이 없는 경우에는 사용하지 않을 수 있다. 지지층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서, 위에서 기술한 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체와 동일한 것을 사용할 수 있고, 방사 접착된 부직포와 같은 강도가 더욱 높은 부직 섬유 집합체를 사용할 수 있다.
다음에, 이러한 매질을 조합하여 본 발명의 필터를 제조하기 위한 방법을 설명한다. 성형된 필터의 예를 도 1에 나타낸다. 도 1a와 1b는 실린더형 필터의 예이고, 도 2는 평판형 필터의 예를 나타낸다. 본 발명의 필터는 구성 섬유의 직경이 상부 스트림 측으로부터 하부 스트림 측으로 연속적으로 작아지는 예비 여과층과 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 정밀 여과층이 제공된다면 반드시 이들로 한정되지는 않는다.
다음에, 본 발명을 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1a와 1b는 각각 본 발명의 예를 나타내는 실린더형 필터를 부분적으로 절단한 투시도이고, 도 2는 동일한 방식으로 평판형 필터를 부분적으로 절단한 투시도이다. 도 1a에 나타낸 필터는 다공성 지지 실린더(1)로 지지되는 지지층(2), 지지층(2)에 분포된 정밀 여과층(3), 정밀 여과층(3)의 외부에 분포된 예비 여과층(4) 및 실린더형 필터의 양단 부분을 밀봉하도록 분포된 말단 캡(5a)과 (5b)로 구성된다. 도 1b에 나타낸 필터는 도 1a의 다공성 지지 실린더(1)를 사용하지 않고 지지층(2)을 두껍게 하고, 양단에 평평한 가스킷(6a)과 (6b)가 제공된 필터이다. 또한, 도 2에 나타낸 필터는 평판형 지지층(2), 지지층(2)에 분포된 정밀 여과층(3), 정밀 여과층(3)에 분포된 예비 여과층(4) 및 필터의 양단을 밀봉하기 위해 제공된 필름(7)으로 구성된다.
도 1a에 나타낸 실린더형 필터를 제조하기 위해, 우선 보강용 부직 섬유 시트를 다공성 지지 실린더(1)에 권취하여 지지층(2)을 형성한다. 위에서 기술한 보강용 부직 섬유 시트는 필터 매질이 정밀 여과층(3)으로부터 떨어지는 것을 방지하는 역할을 하고, 이의 재료로서 바람직하게는 방사접착된 부직포 등을 사용할 수 있다. 또한, 필터 매질이 정밀 여과층(3)으로부터 떨어질 가능성이 없는 경우, 보강용 부직 섬유 시트를 사용하지 않을 수 있다. 이어서, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유로 구성된 정밀 여과층(3)을 구성하기 전에 제조한 부직 섬유 집합체를 1.5회 이상 권취하여 정밀 여과층(3)을 형성한다. 이 때, 적합한 스페이서를 동시에 함께 권취하여 투액성을 향상시킬 수 있다. 스페이서의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 편물, 네트 및 펀칭 시트와 같은 여러 가지 재료를 사용할 수 있다. 이어서, 예비 여과층을 구성하는 재료로서 제조한 부직 섬유 집합체를 권취하여 섬유 직경이 상부 스트림 측으로부터 하부 스트림 측으로 연속적으로 감소되는 예비 여과층(4)를 형성한다. 이후에, 말단 캡(5a)과 (5b)를 양단에 접착시켜 액체가 단면에서 유출되는 것을 방지하고 하우징과의 밀착성을 개선시킴으로써 본 발명의 필터를 완성한다.
다음에, 도 1b에 나타낸 실린더형 필터를 제조하기 위해, 일본 특허공보 제 (소)56-49605호에 기술된 방법을 사용할 수 있다. 이 경우, 열융착성 섬유로 구성된 부직 섬유 집합체가 예비 여과층(4)을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 사용된다. 한 예로서, 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 수지와 저융점 수지로 구성된 부직 섬유 집합체를 언급할 수 있다. 이 부직 섬유 집합체를 예비 여과층(4)용 재료로서 사용하지만, 지지층의 재료로서도 사용한다. 우선, 예비 여과층(4)을 구성하는 부직 섬유 집합체를 부직 섬유 집합체의 열융착 온도보다 더 높은 온도로 가열하고, 적합한 권취코어 둘레에 권취하여 먼저 지지층(2)을 형성한다. 이어서, 예비 여과층(4)의 부직 섬유 집합체의 폭과 동일한 폭을 갖고, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유를 포함하는 정밀 여과층(3)을 구성하도록 제조한 부직 섬유 집합체를, 권취 횟수가 1.5회 이상이 되도록, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체와 함께 권취하여 정밀 여과층(3)을 형성한 다음, 연속적으로 단지 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체만 권취하여 섬유의 직경이 여과 방향으로 점점 감소하는 예비 여과층(4)을 형성한다. 정밀 여과층(3)을 구성하는 부직 섬유 집합체의 권취 횟수가 1.5회 미만인 경우, 정밀 여과층의 두께가 얇기 때문에 충분한 여과 정밀도를 수득하기 어렵다. 또한, 정밀 여과층(3)을 구성하는 부직 섬유 집합체가 권취되는 위치는 예비 여과층(4)과 지지층(2)의 두께 비율(예비 여과층의 두께/지지층의 두께)이 0.5 내지 4, 바람직하게는 0.7 내지 4가 되는 위치이다. 예비 여과층의 두께가 지지층의 두께의 4배 이상이 되는 경우, 지지층의 강도는 불충분해지는 반면에, 0.5배 미만인 경우, 예비 여과층의 집적이 작아지고, 필터의 여과 수명을 연장하기가 어려워진다. 이어서, 냉각시키고, 권취코어를 풀고, 평평한 가스킷(6a)과 (6b)를 양단에 부착시켜 본 발명의 필터를 완성한다.
또한, 도 2에 나타낸 평판형 필터를 제조하기 위해, 앞에서와 같이 융점에 있어서의 차이가 10℃ 이상인 고융점 수지와 저융점 수지로 구성된 부직 섬유 집합체를 예비 여과층(4)을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 사용한다. 이 부직 섬유 집합체가 예비 섬유층(4)용 재료이며, 집합체의 일부가 지지층용 재료로서 사용될 수 있다. 이러한 부직 섬유 집합체를 열융착 온도 이상으로 가열한 다음, 파일(pile)로 중첩시켜 지지층(2)을 형성한다. 이 지지층(2) 위에, 예비 여과층(4)을 구성하는 부직 섬유 집합체의 폭과 동일한 폭을 갖는 부직 섬유 집합체를 하나 이상 적층시켜 정밀 여과층(3)을 형성한다. 연속적으로, 예비 여과층(4)을 구성하는 부직 섬유 집합체만을 위에서 기술한 정밀 여과층(3) 위에 적층시켜 예비 여과층(4)을 형성한다. 이어서, 필름(7)을 벽면에 도포하여 액체의 유출을 방지한다.
다음에, 본 발명의 필터의 섬유 직경의 디자인에 대하여 기술한다. 본 발명자들은 본 발명의 필터의 투액성과 여과 수명을 결정하는 요인으로서 예비 여과층의 섬유 직경의 디자인이 특히 중요하다는 것을 밝혀냈다.
우선, 예비 여과층(4)의 최대 섬유 직경과 최소 섬유 직경의 비율(최대 섬유 직경/최소 섬유 직경)이 2 이상인 경우 효과가 있지만, 본래의 액체 속의 입자의 입도 분포는 넓게 분포하는 경우가 많기 때문에 바람직하게는 3 이상, 더욱 바람직하게는 4 이상이다. 단, 이 비율이 필요 이상으로 변화되는 경우에도 크기가 섬유의 직경에 상응하는 입자를 포집하는 층이 얇아지고, 반대로 심층 여과를 충분히 수행할 수 없기 때문에 20 미만, 바람직하게는 10 미만이다.
예비 여과층의 최대 섬유 직경과 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체의 섬유 직경의 비(예비 여과층의 최대 섬유 직경/섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체의 섬유 직경)은 2.2 내지 200의 범위에서 더욱 효과가 크다. 이 값이 2.2 미만인 경우, 섬유 직경을 변화시키는 방법이 불충분해지고, 예비 여과층의 공극이 정밀 여과층을 충분히 사용하기 전에 입자로 충전되기 때문에 여과 수명이 단축된다. 또한, 이 값이 200을 초과하는 경우, 섬유의 직경에 상응하는 입자를 포집하는 층이 액체에 따라 얇아지고, 반대로 심층 여과를 충분히 수행하는 것이 불가능해 진다.
다음에, 본 발명의 필터에서 액체의 유동 방향으로 섬유 직경의 변화 패턴을 기술한다.
도 3은 도 1과 2에 나타낸 바와 같은 필터의 여과 방향, 즉 상부 스트림으로부터 하부 스트림으로의 단면 A와 B 사이의 섬유 직경의 변화 패턴의 한 예를 나타내는 다이어그램이다. 또한, 정밀 여과층(y)의 섬유 직경은 두 종류 이상의 부직 섬유 집합체를 서로 적층시킨 경우 불연속적이지만, 여기서는 대표적으로, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체의 섬유 직경의 값을 나타낸다.
도 3a는 섬유 직경 변화의 표준 패턴을 나타내는 것으로, 광범위한 분야의 여과에 사용할 수 있다. 즉, 예비 여과층(x)은 최대 섬유 직경으로 시작하고, 하부 스트림 측에 가까울수록 섬유의 직경은 직선적으로 감소한다. 그리고 하부 스트림 측의 근처 지점에 정밀 여과층(y)이 분포되어 있다. 추가로 지지층(z)이 정밀 여과층의 하부 스트림 측 근처 지점에 분포되어 있지만, 필터 매질이 정밀 여과층으로부터 떨어질 가능성이 전혀 없는 경우에는 존재하지 않아도 상관없다.
지지층이 하부 스트림 측에 분포되어 정밀 여과층의 형태를 유지하는 경우, 도 3b와 3c에 나타낸 바와 같이 배열되는 것이 바람직하다. 즉, 필터의 전체 두께에 비해 두께가 충분한 지지층(z)이 필터의 형태를 유지하기 위해 분포되어 있다. 지지층(z)은 입자의 포집에 거의 기여하지 않기 때문에, 투액성을 증가시키기 위해서는 도 3b와 같이 직경이 큰 섬유에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 반대로, 연속적으로 제조한 부직 섬유 집합체를 예비 여과층(x)과 지지층(z)에 사용하는 경우, 도 3c와 같이 하는 것이, 섬유의 직경이 방사조건을 서서히 변화시킴으로써 변할 수 있기 때문에 더욱 용이하게 층을 제조할 수 있는 이점이 있다.
섬유 직경 변화 디자인은 도 3(d)에 나타낸 바와 같이 배열할 수 있다. 그러나, 이 경우는, 예비 여과층(x)의 최소 섬유 직경과 정밀 여과층(y)의 섬유의 직경의 차이가 커지기 때문에, 이러한 디자인을 사용하는 것은 강도 유지와 같은 특별한 이유가 존재하는 경우에만 한정된다.
또한, 다수의 큰 입자가 원액에 함유된 경우, 도 3e에 나타낸 바와 같이 상부 스트림 측에 섬유 직경을 상대적으로 증가시킬 수 있다. 이것은 필터가 상부 스트림 측에 큰 입자를 포집하기 위한 다수의 공간을 갖기 때문에 큰 입자로 필터 표면이 막히지 않고 여과를 수행할 수 있기 때문이다.
또한, 다수의 작은 입자가 원액에 함유된 경우, 도 3f에 나타낸 바와 같이 예비 여과층의 최소 섬유 직경 부분의 두께를 증가시킬 수 있다. 이러한 패턴을 사용함으로써, 원액 중의 비교적 작은 입자가 예비 여과층(x)에 의해 충분히 지체될 수 있어서 정밀 여과층(y)에 걸리는 부하를 감소시키고 여과 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 통상적인 필터로는 달성할 수 없는, 정밀도가 높고 여과 수명이 긴 필터를 저렴하게 제공하는 것이다.
본 발명의 발명자들은 위에서 기술한 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 부직 섬유 집합체로 이루어진 필터 내부에, 예비 여과층과 정밀 여과층의 둘 이상의 층을 제공하고, 예비 여과층은 이를 구성하는 섬유의 직경이 여과 방향으로 작아지도록 구성하고, 정밀 여과층을 직경이 예비 여과층의 최소 섬유 직경보다 작은 섬유를 함유하는 부직 섬유 집합체로 구성함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있음을 인지하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 아래에 본 발명은 상세히 설명한다.
본 발명이 청구하는 바는 다음과 같다;
(1) 부직 섬유 집합체로 구성되고 여과 방향으로 접합된 예비 여과층과 정밀 여과층의 둘 이상의 층을 포함하는 필터로서, 예비 여과층이 모든 섬유 또는 일부 섬유의 직경이 여과 방향으로 점차 작아지도록 구성되고, 정밀 여과층이 부직 섬유 집합체가 적층된 것으로, 적층된 부직 섬유 집합체를 구성하는 섬유의 10중량% 이상의 섬유 직경이 예비 여과층의 최소 섬유 직경보다 더 작음을 특징으로 하는, 정밀도가 높은 필터.
(1)에 있어서, 예비 여과층이 폴리올레핀계 섬유 및 폴리에스테르계 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 섬유를 한 종류 이상 포함하는 부직 섬유 집합체를 포함함을 특징으로 하는 필터.
(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 예비 여과층이 용융취입법으로 제조된 부직 섬유 집합체를 포함함을 특징으로 하는 필터.
(4) (1) 내지 (3) 중의 어느 하나에 있어서, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체의 섬유가 고융점 성분과 저융점 성분이 혼재하여 구성되고, 고융점 성분과 저융점 성분과의 융점 차이가 10℃ 이상이며, 저융점 성분이 예비 여과층에 10 내지 90중량%의 양으로 함유되어 있는 필터.
(5) (4)에 있어서, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체의 섬유가 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 성분과 저융점 성분으로 구성된 복합섬유인 필터.
(6) (4)에 있어서, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체가 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 성분의 극세 섬유와 저융점 성분의 극세 섬유와의 혼합 섬유로 이루어짐을 특징으로 하는 필터.
(7) (1) 내지 (6) 중의 어느 하나에 있어서, 예비 여과층의 부직포를 구성하는 섬유의 최소 섬유 직경과 최대 섬유 직경의 비가 1:2 내지 1:10인 필터.
(8) (1) 내지 (7) 중의 어느 하나에 있어서, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유를 포함하는 정밀 여과층의 부직포의 섬유 직경과 예비 여과층의 최소 섬유 직경의 비가 1:1 내지 1:20인 필터.
(9) (1) 내지 (8) 중의 어느 하나에 있어서, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유를 포함하는 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체의 공극율이 45 내지 97%인 필터.
(10) (1) 내지 (9) 중의 어느 하나에 있어서, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유를 포함하는 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체가 용융취입법으로 제조됨을 특징으로 하는 필터.
(11) (1) 내지 (9) 중의 어느 하나에 있어서, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유를 포함하는 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체가 유리섬유로 이루어짐을 특징으로 하는 필터.
(12) (1) 내지 (11) 중의 어느 하나에 있어서, 부직포 필터가 실린더 형태인 필터.
다음에, 본 발명은 실시예를 참고로 하여 더욱 구체적으로 기술하지만, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다. 실시예에 있어서 섬유 및 필터의 물리적 특성 등의 정의 및 측정법은 다음과 같다.
(섬유 직경)
스테이플 섬유에 있어서, 섬유 직경은 정량 섬도로부터 구한다. 용융취입 부직포, 방사 접착 부직포 및 유리 섬유 부직포와 관련하여, 전자 현미경으로 촬영한 화상으로부터 100개의 섬유를 무작위로 선택하고, 이들의 직경의 산술 평균을 평균 섬유 직경으로 한다. 용융취입 부직포, 방사 접착 부직포 및 유리 섬유 부직포와 관련하여, "섬유 직경"은 달리 구체화하지 않는 한 이러한 평균 섬유 직경을 가리키는 것이다.
(여과 정밀도)
순환식 여과 성능 시험기의 하우징에 하나의 필터를 고정시키고, 물을 50ℓ 용량의 수조로부터 펌프를 사용하여 필터를 통해 순환시킨다. 유량을 10ℓ/min으로 조절한 후, 시험 분말로서 기본적인 물리적 특성을 시험하기 위한 표준 분체인 공기 청정기용 미세 시험 분진(ACFTD로 약칭한다; 중간 입자 직경: 6.6 내지 8.6 ㎛)을 수조에 1mg/min의 속도로 연속첨가하고, 첨가한 지 5분 후 원액과 여액을 채취한 다음, 각각의 액체에 함유된 입자의 입도 분포를 광 산란식 입자 검출기를 사용하여 측량한다. 입도 분포 측량 결과를 이용하여, 필터에 의해 포집된 입자의 수의 비를 포집 효율로서 계산하고, 99.9%가 포집된 입자의 직경을 필터의 여과 정밀도로 한다.
(초기 압력 손실, 여과 수명 및 내압 강도)
위에서 기술한 순환식 여과 성능 시험기의 하우징에 하나의 필터를 고정시키고, 물을 10ℓ/min의 유량으로 필터를 통해 순환시킨다. 여기서 공업용 시험 분체 JIS 16종을 400mg/min의 속도로 연속첨가하고, 1차 측면과 2차 측면에서 압력을 측정하고, 압력 손실의 변화를 기록한다. 필터의 압력 손실이 2kg/㎠에 도달할 때까지의 시간을 여과 수명으로 한다. 또한, 케이크를 첨가하기 전의 필터의 압력 손실을 초기 압력 손실로 한다.
연속적으로, 위에서 기술한 분체를 첨가하고, 필터에서 압력 손실이 10kg/㎠에 도달하는 때 또는 필터가 변형되는 때의 압력 손실을 내압 강도로 한다.
실시예 1
예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서, 프로필렌 공중합체(융점 140℃)와 폴리프로필렌(융점 165℃)을 중량비 5 : 5로 혼섬한 기본 중량이 50g/㎡이고 두께가 500㎛인 용융취입 부직포를 제조한다. 부직포의 섬유 직경은 취입 기체 스트림을 점점 증가시켜 15㎛로부터 2㎛로 변화시킨 다음, 한 동안 2㎛의 상태로 제조하고 나서, 다시 취입 기체 스트림을 감소시켜 2㎛로부터 15㎛로 변화시킨다.
또한, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 기본 중량이 75g/㎡이고 두께가 200㎛이며 평균 섬유 직경이 1㎛인 폴리프로필렌의 용융취입 부직포를 제조한다.
이어서, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체를 150℃로 가열하고, 용융물로 가열하는 동안 직경이 30mm인 금속 코어 둘레에 평균 섬유 직경이 최소(2㎛)가 될 때까지 권취하여 두께가 5mm인 지지층을 형성한다. 이어서, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체를 권취회수가 7회가 되도록 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체와 함께 권취하여 두께가 2mm인 정밀 여과층을 형성한다. 연속적으로, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체만을 권취하여 두께가 13mm인 예비 여과층을 형성하고, 외경이 70mm이고 내경이 30mm이며, 길이가 245mm인 실린더형 필터를 제조한다. 또한, 필터의 섬유 직경의 변화를 도 3c에 나타낸 바와 같이 조절한다. 추가로 필터의 양단 부분을 평평한 가스킷(발포배율이 3배이고 두께가 3mm인 폴리에틸렌 발포체를 도넛 형태로 절단한 것)으로 밀봉하여 전체 길이를 250mm로 한다. 또한, 평평한 가스킷과 필터를 접착시키기 위해 열-용융 접착제를 사용한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
실시예 2
예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서, 실시예 1과 동일한 부직 섬유 집합체를 사용한다. 또한, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 기본 중량이 25g/㎡이고 두께가 500㎛이며 평균 섬유 직경이 1㎛인 폴리프로필렌 부직포를 사용한다. 이러한 부직포를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 250mm인 평평한 가스킷이 부착된 실린더형 필터로 성형한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
실시예 3
예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서, 실시예 1과 동일한 부직 섬유 집합체를 사용한다. 또한, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 기본 중량이 150g/㎡이고 두께가 1,000㎛이며 평균 섬유 직경이 0.7㎛인 유리 섬유 부직포를 사용한다. 이러한 부직포를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 250mm인 평평한 가스킷이 부착된 실린더형 필터로 성형한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
실시예 4
예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서, 프로필렌 공중합체(융점 140℃)와 폴리프로필렌(융점 165℃)을 중량비 5 : 5로 혼섬한 기본 중량이 50g/㎡이고 두께가 500㎛인 용융취입 부직포를 제조한다. 부직포의 섬유 직경은 취입 기체 스트림을 점점 증가시켜 20㎛로부터 3㎛로 변화시킨 다음, 한 동안 3㎛의 상태로 제조하고 나서, 다시 취입 기체 스트림을 감소시켜 3㎛로부터 15㎛로 변화시킨다.
또한, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 기본 중량이 25g/㎡이고 두께가 500㎛이며 평균 섬유 직경이 1㎛인 용융취입 부직포를 사용한다. 이 부직포를 실시예 1과 동일한 방법으로 외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 250mm인 평평한 가스킷이 부착된 실린더형 필터로 성형한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
실시예 5
예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체와 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 실시예 4와 같은 동일한 부직 섬유 집합체를 사용한다. 우선, 지지층으로서 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체를 두께 5mm의 평면상으로 적층시킨다. 이어서, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체를 7장 적층시켜 두께 1.5mm인 정밀 여과층을 형성한다. 이어서, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체만을 두께 13mm까지 적층시킨다. 이 적층물을 열풍 건조기를 사용하여 150℃에서 가열하고, 냉각시킨 다음 면적이 0.05㎡인 조각으로 절단하고, 측면에 두께가 0.5mm인 저밀도 폴리에틸렌 필름을 가열 접착시켜 측면을 차단하고 평판형 필터를 제조한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
실시예 6
예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서, 폴리프로필렌(융점 165℃)을 포함하고 기본 중량이 50g/㎡이고 두께가 500㎛인 용융취입 부직포를 제조한다. 부직포의 섬유 직경은 취입 기체 스트림을 점점 증가시켜 15㎛로부터 2㎛로 변화시킨다.
또한, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 기본 중량이 75g/㎡이고 두께가 200㎛이며 평균 직경이 1㎛인 폴리프로필렌 부직포를 제조한다.
기본 중량이 30g/㎡이고 두께가 300㎛이며 길이가 15cm인 방사 접착 부직포를 직경이 30mm이고 길이가 240mm인 다공성 지지 실린더 둘레에 권취하여 지지층을 형성시킨다. 이어서, 기본 중량이 75g/㎡이고 두께가 200㎛이며 평균 섬유 직경이 1㎛m인 폴리프로필렌 용융취입 부직포를 7회 권취한 다음, 앞에서 기술한 취입 기체 스트림을 점점 증가시켜 15㎛로부터 2㎛로 변화시킨 폴리프로필렐(융점 165℃)을 포함하고 기본 중량이 50g/㎡이고 두께가 500㎛인 용융취입 부직포를 두께 18mm까지 권취하여 외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 245mm인 실린더형 필터를 제조한다. 결과적으로, 필터의 섬유 직경 변화를 도 3a에 나타낸 바와 같이 조절한다. 필터의 양단에 말단 캡을 가열-용융 접착제로 접착시켜 이의 전제 길이를 250mm로 만든다. 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
실시예 7
예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서, 폴리프로필렌 공중합체(융점 140℃)와 폴리프로필렌(융점 165℃)으로 구성된 병렬형 용융 취입 부직포를 제조한다. 또한, 혼합비는 중량비 5 : 5로 하고 기본 중량이 50g/㎡이고 두께가 500㎛이도록 제조한다. 부직포의 섬유 직경은 취입 기체 스트림을 점점 증가시켜 15㎛로 부터 2㎛로 변화시킨 다음, 한 동안 2㎛의 상태로 제조하고, 다시 취입 기체 스트림을 감소시켜 2㎛로부터 15㎛로 변화시킨다.
또한, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 실시예 1과 동일한 섬유 집합체를 사용한다. 이 부직포를 실시예 1과 동일한 방법으로 외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 250mm인 평평한 가스킷이 부착된 실린더형 필터로 제조한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
실시예 8
외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 250mm인 평평한 가스킷이 부착된 실린더형 필터는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하지만 필터의 섬유 직경의 변화는 도 3e와 같이 조절한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
실시예 9
외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 250mm인 평평한 가스킷이 부착된 실린더형 필터는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하지만 필터의 섬유 직경의 변화는 도 3f와 같이 조절한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
비교 실시예 1
예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서 실시예 1과 동일한 섬유 집합체를 사용한다. 그리고 외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 250mm인 평평한 가스킷이 부착된 실린더형 필터는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하지만 정밀 여과층은 형성시키지 않는다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
비교 실시예 2
실시예 1과 같은 정밀 여과층을 분포시키는 대신에, 폴리프로필렌 공중합체(융점 140℃)와 폴리프로필렌(융점 165℃)을 혼섬한 기본 중량이 50g/㎡이고 두께가 500㎛이며, 섬유 직경이 취입 기체 스트림을 점점 증가시켜 15㎛로부터 1㎛로 변화된 용융취입 부직포를 제조하려고 시도하였으나, 이러한 부직포는 섬유의 직경이 2㎛ 미만이 되면 플라이가 형성되기 때문에 제조할 수 없다.
비교 실시예 3
외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 250mm인 평평한 가스킷이 부착된 실린더형 필터는 실시예 3과 동일한 방법으로 제조하지만 직경이 25㎛인 폴리프로필렌 스테이플 섬유의 소면 웹을 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체 대신 사용한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
비교 실시예 4
외경이 70mm이고 내경이 30mm이며 전체 길이가 250mm인 평평한 가스킷이 부착된 실린더형 필터는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하지만, 정밀 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체로서, 기본 중량이 75g/㎡이고 두께가 200㎛이며, 평균 섬유 직경이 3㎛인 폴리프로필렌 용융취입 부직포를 제조하고 이것을 평평한 롤을 사용하여 120℃에서 압밀시킴으로써 기본 중량이 75g/㎡이고 두께가 500㎛이고 평균 섬유 직경이 3㎛인 폴리프로필렌 용융취입 부직포를 사용한다. 이 필터의 성능을 표 1에 나타내었다.
표 1로부터, 실시예 2와 비교 실시예 1은 초기 압력 손실과 여과 수명에 있어서 거의 차이가 없음에도 불구하고, 실시예 2의 필터가 비교 실시예 1에 비해 여과 정밀도가 훨씬 높은 성능을 나타내는 것을 이해할 수 있다. 또한, 실시예 4와 비교 실시예 1은 여과 정밀도에 있어서 거의 차이가 없음에도 불구하고, 실시예 4의 필터가 비교 실시예 1의 필터에 비해 훨씬 낮은 초기 압력 손실 및 긴 여과 수명을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 4와 비교 실시예 3의 결과를 비교하면, 실시예 4의 필터가 정밀도가 높고 여과 수명이 긴 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1, 8 및 9의 결과를 비교하면, 실시예 9의 필터의 여과 수명이 가장 길고, 실시예 1과 실시예 8의 순서로 여과 수명이 길다.
또한, 섬유의 직경이 작은 부직포가 삽입된 실시예 2에 비해, 평평한 롤을 사용하여 정밀 여과층을 압밀가공한 실시예 1에서 여과 정밀도가 현저히 증가하며, 실시예 1의 필터가 미세 입자를 제거하는데 유용함을 알 수 있다. 그러나, 섬유의 직경이 예비 여과층의 직경보다 큰 부직포를 압밀가공하여 제조한 정밀 여과층을 포함하는 비교 실시예 4의 필터는 실시예 2의 여과 정밀도와 동일하지만, 초기 압력 손실과 여과 수명은 현저히 떨어져, 단순히 압밀가공한 부직포를 삽입함으로써 충분한 효과를 수득할 수 없음을 알 수 있다.
본 발명에 따라, 정밀도가 높고, 초기 압력 손실이 적으며, 여과 수명이 긴 여과 성능을 발휘하는 필터를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 부직 섬유 집합체로 구성되고 여과 방향으로 접합된 예비 여과층과 정밀 여과층의 둘 이상의 층을 포함하는 필터로서, 예비 여과층이 용융취입법으로 제조된 부직 섬유 집합체를 포함하고, 예비 여과층에서 모든 섬유 또는 일부 섬유의 직경이 여과 방향으로 점차 작아지도록 구성되고, 일부 섬유 또는 모든 섬유가 열 처리에 의해 접합점에서 서로 접합되며 정밀 여과층이 부직 섬유 집합체가 적층된 것으로, 적층된 부직 섬유 집합체를 구성하는 섬유의 10중량% 이상의 섬유 직경이 예비 여과층의 최소 섬유 직경보다 더 작음을 특징으로 하는, 정밀도가 높은 실린더형 필터.
  2. 제1항에 있어서, 예비 여과층이 폴리올레핀계 섬유 및 폴리에스테르계 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 섬유를 한 종류 이상 포함하는 부직 섬유 집합체를 포함함을 특징으로 하는 실린더형 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체의 섬유가 고융점 성분과 저융점 성분이 혼재하여 구성되고, 고융점 성분과 저융점 성분과의 융점 차이가 10℃ 이상이며, 저융점 성분이 예비 여과층에 10 내지 90중량%의 양으로 함유되어 있는 실린더형 필터.
  4. 제3항에 있어서, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체의 섬유가, 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 성분과 저융점 성분으로 구성된 복합섬유인 실린더형 필터.
  5. 제3항에 있어서, 예비 여과층을 구성하는 부직 섬유 집합체가, 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 성분의 극세 섬유와 저융점 성분의 극세 섬유와의 혼합 섬유로 이루어짐을 특징으로 하는 실린더형 필터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 예비 여과층의 부직포를 구성하는 섬유의 최소 섬유 직경과 최대 섬유 직경의 비가 1:2 내지 1:10인 실린더형 필터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유를 포함하는 정밀 여과층의 부직포의 섬유 직경과 예비 여과층의 최소 섬유 직경의 비가 1:1.1 내지 1:20인 실린더형 필터.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유를 포함하는 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체의 공극율이 45 내지 97%인 실린더형 필터.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유를 포함하는 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체가 용융취입법으로 제조됨을 특징으로 하는 실린더형 필터.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬도가 예비 여과층의 최소 직경 섬유보다 작은 섬유를 포함하는 정밀 여과층의 부직 섬유 집합체가 유리섬유로 이루어짐을 특징으로 하는 실린더형 필터.
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